专题18 电功率-初中应用物理知识竞赛专题讲义

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初中应用物理知识竞赛专题讲座18专题十八   电功率【重点知识解读】1.电功率电功率P=UI，用电器的额定功率等于额定电压与额定电流的乘积，用电器的实际功率等于实际电压与通过的实际电流的乘积。2. 焦耳定律电流具有热效应，电流通过电阻时要产生焦耳热，由焦耳定律可得，产生的热量Q=I2Rt。3．电能的计算若用电器以恒定功率P工作，则t时间消耗电能为W=Pt。【竞赛知识拓展】初中应用物理知识竞赛关于电功率拓展的知识点主要有：1.用电器串联所允许加的最大电压用电器串联是实际中经常遇到的问题。几个用电器串联，其电流相等。可根据用电器的铭牌确定各个用电器的额定电流，取各个用电器中额定电流最小的值乘以串联用电器的总电阻即得用电器串联所允许加的最大电压。2.电热功率。电流具有热效应，电流通过电阻时要产生焦耳热，由焦耳定律可得，产生的热量Q=I2Rt，单位时间产生的热量称为热功率，P热=I2R。3.电动机电路。电动机的输入功率P入=UI，电动机内阻R发热消耗功率P热=I2R，电动机输出的机械功率P=P入- P热=UI- I2R。对于电动机电路，U>IR，欧姆定律不成立。4.电功率随时间变化的图线与横轴所围面积表示消耗的电能。【经典竞赛题分析】例1. （2016上海物理竞赛）直径d1=0.3mm的细铅丝通过1.5A的电流将被熔断，而直径d2=0.6mm的粗铅丝通过4A的电流将被熔断假设这两种铅丝的长度和电阻率相同，选取上述20根细铅丝和1根粗铅丝并联接入电路，运行通过的最大电流为（     ）。A．36A  B．34A    C．30A    D．24A【参考答案】 D例2．（2016上海物理竞赛）在如图（a）所示的电路中，电源电压U0保持不变，R0为定值电阻。移动滑动变阻器R的滑片P，电压表和电流表的示数的部分U—I关系图象如图（b）所示。则A．电源电压为9VB．滑动变阻器的总阻值为10ΩC．电压表示数为2.5V时，R消耗的总功率最大D．电压表示数为2.5V和2.0V时，R消耗的总功率相等【参考答案】BD例3. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为16W。如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源两端，电阻R的电功率为3W。若灯泡的电阻不随温度的变化而改变，则此时灯泡的电功率为（     ）  A．1W             B．6W              C．9W             D．13W【参照答案】．AC例4．（2014全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）甲、乙两灯为钨丝白炽灯，将它们并联在照明电路里都能正常发光，且甲灯比乙灯亮，那么（    ）A．甲灯的额定功率一定比乙灯大    B．甲灯消耗的电能一定比乙灯多C．甲灯的电阻比乙灯大       D．甲灯两端的电压比乙灯两端的电压大【参照答案】．B例5．（2014全国初中应用物理知识竞赛初赛试题）将两个定值电阻 R1、R2并联在电压为U的电源两端，R1消耗的功率为P1，R2消耗的功率为 3P1，当把它们串联在电压为4U的电源两端时，下列说法正确的是（   ） A．R1两端的电压为 U    B．R2消耗的功率变小 C．通过 R2的电流变小   D．两个电阻消耗的总功率为 12P1【参照答案】．D例6. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）干电池本身有一定的电阻，可以等效为一个没有电阻的理想干电池和一个定值电阻串联而成，将n节干电池串联成如图24所示的电源。使用该电源组成如图25所示的电路，闭合电键S，在变阻器滑片P从A端滑到R端的全过程中，电路中部分物理量的变化规律分别如图26（a）、（b）、（c）所示，其中图26(a)为电压表示数与电流表示数的对应关系图线，图26（b）为电池组输出电功率与电压表示数的关系图线，图26（c）为电池组输出电能的效率η与变阻器接入电路电阻的关系图线。若电表均为理想电表，则下列结论正确的是（    ）  A．该电源由6节干电池串联组成   B．变阻器的总电阻为4Ω   C．图26（a）中经过x点的两条虚线与坐标轴围成的长方形面积为2.16W   D．图26（b）中y点对应的横坐标为3V 【参照答案】．CD例7、（12分）（2012全国初中应用物理知识竞赛）如图11甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24V，R0为定值电阻，A为油量指示表（一只量程为0～0.6A的电流表），Rx为压敏电阻，它的上表面受力面积为10cm2，其阻值与所受压力的对应关系如图11乙所示。油箱的上下两部分皆为长方体形状，下半部分的横截面积为、20dm2，高为2dm，上半部分的横截面积为10dm2，油箱加满油时油的总体积为60dm3。当油箱装满油时，油量指示表的示数如图11丙所示。已知：ρ汽油＝0.7×103kg／m3，取g=10N／kg。[来源:学科网]1．当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少；2．若汽车在高速公路匀速行驶400km，油量表由满刻度指向满刻度的位置，求该汽车每行驶100km消耗汽油多少升；3．在上面第（2）问所述的行驶过程中发现，油量表的示数在开始运动的一段时间内变化较快，而后来一段时间内变化较慢，请解释其中的原因。【竞赛实战训练】一．选择题1.（2010上海初中物理竞赛题）如图24-13所示，额定电压为110伏的A、B两盏电灯，额定功率分别为100瓦和25瓦。把它们接到220伏的电路上，欲使它们都能正常发光且电路消耗的电能最少，正确的电路是【参考答案】.C2.（2011上海第25界初中物理竞赛）甲、乙两灯为钨丝白炽灯，将它们并联在照明电路里都能正常发光，且甲灯比乙灯亮，那么                                                                A．甲灯的额定功率一定比乙灯大   B．甲灯消耗的电能一定比乙灯多C．甲灯的电阻比乙灯大.            D．甲灯两端的电压比乙灯两端的电压大2.【参考答案】：.A3.（2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为    (    )A．14.4瓦。    B．32.4瓦。    C．0.4瓦。    D．0.9瓦。3.【参考答案】C[来源:Z+xx+k.Com]4. （2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为    (    )A．14.4瓦。    B．32.4瓦。    C．0.4瓦。    D．0.9瓦。【参考答案】：C5. （2008上海初中物理竞赛复赛）8.如图所示，电源电压U=8V保持不变，小灯泡上标有“6V，4W”字样，电阻R2=30Ω。闭合电键后，若滑动变阻器R1的滑动片P在离b端1/4处时，小灯泡的实际功率为1W。为了使电键闭合后，滑动片左右移动时，灯泡两端电压不超过额定电压，变阻器R1的阻值（有电流部分）的变化范围是（   ） A.0Ω~40Ω  B.3.4Ω~40Ω   C.7.5Ω~30Ω  D.10Ω~30Ω【参考答案】：B6.. （2010上海初中物理竞赛题）如图24-13所示，额定电压为110伏的A、B两盏电灯，额定功率分别为100瓦和25瓦。把它们接到220伏的电路上，欲使它们都能正常发光且电路消耗的电能最少，正确的电路是【参考答案】：C7.（2010上海初中物理竞赛题）将某灯泡接到电压不变的电源两端，灯泡的电功率为40瓦。如果将灯泡和某电阻R串联后再接到上述电源的两端，电阻的电功率为3.6瓦，不考虑灯泡的电阻随温度而发生变化，且灯泡的电阻小于R，则此时灯泡的电功率为    (    )A．14.4瓦。    B．32.4瓦。    C．0.4瓦。    D．0.9瓦。【参考答案】：C二．填空题1．（2008河南初中物理竞赛题）小昕准备参加玩具赛车比赛，他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机。设电池的电压恒定不变，他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，闭合开关后读出电流表的读数为2A；然后放手，当电动机正常转动时，又读出电流表的读数为0.6A。则该玩具电动机正常转动时的效率为         。【参考答案】：70% 2. （首届全国中学生数理化学科能力竞赛）如图所示是某电热器的工作原理图， R1、R2是发热电阻，虚线框为电热器的金属外壳.它用一个旋转开关可以实现电热器多档位工作的要求.其中旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的左边缘依次有4个金属触点，右边缘是一金属板，可绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将左边缘相邻的两个触点与右边缘的金属板同时连通.如旋到图中位置S时，金属滑片将1、2两触点同时与右边缘金属板接通.若电源电压为220 V，则由图可知：[来源:学&科&网Z&X&X&K]  　 （1）图中P、Q两个接头中，_______与零线相连；正常情况下，零线和地线之间的电压为_______V.　 （2）为安全起见，需在电路中安装一总开关，该开关最好应安装在图中A、B、C、D、E中的_________点处.   （3）如果 R1＝R2＝48.4 Ω，则电热器在旋钮开关旋到位置T时的电功率为 _________W；当旋钮开关旋到位置M时，通电1 min产生的热量是_________J.
【参考答案】：（1） P    0  （2）C  （3）1000   3×104与R2串联，电功率为P==500W。通电1 min产生的热量是Q=Pt=500×60J=3×104J。3．（2006全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）自从爱迪生1879年发明电灯以来，在一百多年中经过人们的不断改进，如今白炽灯己成为我们生活中最常用的照明工具。根据你对白炽灯的了解，请提出一个与电功率知识有关的实际问题，并根据你所学过的物理知识做出简要回答。例如：断丝的灯泡再“搭上”为什么会比以前更亮？简答：“搭上”灯丝后，灯丝变短，电阻变小，在电压一定时，由P=U2/R可知电灯的实际功率增大，所以灯泡比原来更亮。问题：_____________________________________________________________。简答：_____________________________________________________________。三．综合运用题1.（2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题）小兰家的全自动家用豆浆机的部分技术数据如下表所示。额定电压220V电机功率180W额定频率50Hz加热功率800W加干豆量75g 加 水 量1200mL制作豆浆的程序大致如下：(水温为20℃)工作程序加热→打浆→煮浆→防溢延煮→断电报警 工作时间与状态 电热器开始加热，8min后，水温达到打浆设定温度。电机带动刀片高速打浆，打浆共4次，每次打15s，间隔15s。电热器继续加热，直至豆浆第一次沸腾，耗时2min。电热器间断加热，(每加热l min，停20s)使豆浆反复煮沸，充分煮熟。共6min40s结束。机器发出声光报警，提示豆浆已做好 小兰在用该豆浆机制作豆浆之前关闭了她家所有的用电器开关，然后在豆浆机开始制作豆浆的同时，开始记录她家电能表(如图3所示)的转盘转过的圈数，当豆浆机发出声光报警时为止，数得电能表的转盘转过了74圈。请回答：（1）．煮好一锅这样的豆浆需要消耗多少电能?（2）．根据第1问的计算结果，计算制作一锅这样豆浆的过程中她家电能表的转盘应转过多少圈?（3）．第（2）问中计算的结果与小兰实际记录的圈数相符吗?如不相符，请说出你对产生这一偏差的猜想。2.（2011全国初中应用物理知识竞赛河南预赛）节能是这个时代的主旋律。小强要测量一盏节能灯的额定功率，他利用如图甲所示的照明电路，将标有“220V60W”的白炽灯L1和标有“220V4W-40W”的节能灯L2正确接入电路中，当开关S1和S2都闭合时，两盏灯都正常发光，且在2000s内，标有1800r/kWh的电能表转了71转。试问： （1）          节能灯的发光功率是多少？（2）          当开关S1和S2都断开时，小明将图乙所示的电路插入照明电路的插座内。超导限流器是一种短路故障电流限制装置，它的电阻R随电流I变化关系如图丙所示，L为用电器。为使用电器短路后电路仍能保持稳定状态，超导电阻R应满足什么条件？（3）          在R满足一定条件时，有人把超导限流器称为“不断电保险丝”，请你说明理由。3.（2007第17届全国初中应用物理知识竞赛）表1中提供的是明湖中学使用的一台数学投影仪的有关数据，请根据其中的数据，通过计算回答： 1、这台投影仪的耗电总功率是多大？ 2、如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话，所有电阻的阻值应该多大？该电阻消耗的功率为多大？ 3、这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗？为什么？ 4、如果上述方法不可行，请你提出一种可以使投影仪正常工作的方案。（要求定性说明即可） 表1 电源工作电压 220V 电源频率 50Hz 光源电压 24V 光源电流 10.0A 鼓风机电压 220V 鼓风机电流 0.1A  4.．（2008第18届全国初中应用物理知识竞赛）如图l 3是一个电热器的工作原理图，电热器内有两个阻值分别为R1=60Ω和R2=120Ω的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有0，1，2，—— 9共10个金属触点；可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时另一端将7、8触点接通。用这个旋转开关可以实现电热器有多挡位工作的要求。请回答：（1）这个电热器可有几个不同加热挡位?并指出每个加热档位旋转开关的箭头指向的位置；（2）将此电热器接人家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大。      5..（1998全国初中应用物理知识竞赛复赛）有两种灯泡，分别标有（110伏 60瓦）和（110伏25瓦），把它们接入家庭照明电路中。（1）能不能各取一只串联使用？请说明原因。（2）若把两种灯泡在同一电路中混合使用，并使它们都能正常发光，最少应各使用多少只，如何连接？（3）这时总电功率是多少？    6．（2012全国初中应用物理知识竞赛）在学校创新比赛中，小亮同学设计了一个多档位的电热水器。图10甲所示是他设计的电热水器的工作电路图，R1和R2是两根电热丝。他设计的旋转开关如图10乙所示，旋转 开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有共10个金属触点（在图乙中用“○”表示，“○”中标有1、2、3、4编号，编号相同的触点用导线连接）。可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。例如，图10乙中，旋钮上的箭头指向图中位置D，此时，金属滑片将1、2两触点接通，同时另一端也将3、4两触点接通。当旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，可以实现四档加热功率。他设计的四档加热功率如下表所示：温度档位高温中温2中温1低温加热功率/W11006604402641．如果要实现旋转开关沿某个方向转动时，加热功率依次递减或递增，通过计算，分析说明电热丝R1和R2的阻值应该分别为多大?旋钮上的箭头指向A、B、C、D不同位置时，分别对应哪一档加热功率? 2．小亮根据计算结果，借助电池组、电压表和电流表分别截取了电阻大小符合要求的两根电热丝，并按电路图连接好。经检查无误后，小亮将电热器接入家庭电路，同时借助电能表和手表测量电热器在不同档位工作时实际消耗的电功率，结果发现每一档的实际功率均小于按照电热丝电阻值计算的结果，测量后发现电源电压为220V。请简单解释产生这种偏差的原因。[来源:Z,xx,k.Com] 3．使用中他发现水温开始升高较快，后来水温升高越来越慢，最后甚至会保持某个温度不再升高，此时水并没有沸腾。并且选择加热档位功率越小，水能够达到的最高温度越低，这是为什么?7．（2008年第十八届全国初中应用物理知识竞赛预赛试题）如图1是一个电热器的工作原理图，电热器内有两个阻值分别为R1=60Ω和R2=120Ω的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有0，1，2，—— 9共10个金属触点；可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时另一端将7、8触点接通。用这个旋转开关可以实现电热器有多挡位工作的要求。请回答：（1）这个电热器可有几个不同加热挡位?并指出每个加热档位旋转开关的箭头指向的位置；（2）将此电热器接人家庭电路中，电热器在正常工作时每个挡位的功率各是多大。         【名师点评】解答此题要注意题述“绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接”。对于纯电阻用电器，一般是先计算出各档位的等效电阻，然后利用P=U2/R计算功率；对于含电动机的用电器，用P=UI计算功率。电动机正常转动时，电动机输入功率UI=P +I2R，电动机输入功率等于电动机输出功率与内阻发热功率之和。学科网8．（2011全国初中应用物理知识竞赛初赛）家用电熨斗为了适应不同衣料的熨烫需要，设计了调整温度的多档开关。使用时，转动旋钮即可使电熨斗达到需要的低温、中温或高温。图（甲）是电熨斗的电路图，图中电热丝R1=96.8Ω，R2=48.4Ω。旋转开关可以改变1、2、3、4四个接点的连接情况，如图（乙）中的A、B、C所示问：(1)当旋转开关置于乙图中的哪种状态时，电熨斗处于低档位?简述理由。(2) 电熨斗在中档位工作时，消耗的电功率是多少?(3) 电熨斗在高档位工作6min消耗的电能为多少?J。【名师点评】根据题述条件可计算出电熨斗三个档位的额定功率分别为500W、100W、1500W。[来源:Z§xx§k.Com]